FR2774692A1 - BENTONITE-BASED DRILLING MUD AND DRILLING METHOD USING THE SAME - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une boue de forage à base de bentonite, qui comprend un composé de type phosphonate de formule : (CF DESSIN DANS BOPI) dans laquelle R1 , R2 , R3 et A sont tels que définis dans la description. L'invention concerne également un procédé de forage qui met en oeuvre ladite boue.Disclosed is a bentonite-based drilling mud, which comprises a phosphonate compound of the formula: (CF DRAWING IN BOPI) wherein R1, R2, R3 and A are as defined in the description. The invention also relates to a drilling method which uses said mud.
Description
La présente invention concerne le domaine des boues de forage.The present invention relates to the field of drilling muds.
La majorité des bentonites pour boues de forage disponibles sur le marché sont des bentonites calciques rendues artificiellement sodiques par échange des ions calcium naturellement présents dans la structure, par des ions sodium, en général par un traitement au carbonate de The majority of bentonites for drilling mud available on the market are calcium bentonites made artificially sodium by exchange of calcium ions naturally present in the structure, by sodium ions, in general by a treatment with carbonate of
sodium en usine.sodium in the factory.
Les boues de forages préparées avec une bentonite sodique ont en effet des propriétés rhéologiques bien supérieures à celles de boues Drilling muds prepared with sodium bentonite have rheological properties far superior to those of muds
préparées avec une bentonite calcique. prepared with calcium bentonite.
Cependant, les caractéristiques rhéologiques des boues se dégradent au contact du calcium venant soit de la chaux du ciment, au cours d'un bétonnage par exemple, soit du calcium disponible dans le However, the rheological characteristics of the sludge deteriorate on contact with calcium either from the lime of the cement, during concreting for example, or from the calcium available in the
terrain comme du gypse par exemple.land like gypsum for example.
Pour remédier à la détérioration des caractéristiques rhéologiques is de la boue de forage au cours des travaux, on la traite habituellement au bicarbonate de sodium lorsqu'il y a pollution par la chaux du ciment ou au carbonate de sodium lorsqu'il y a pollution par le gypse. On élimine ainsi les ions calcium libres et mobiles de la boue de forage par précipitation de To remedy the deterioration of the rheological characteristics of drilling mud during the works, it is usually treated with sodium bicarbonate when there is pollution by the lime of the cement or with sodium carbonate when there is pollution by gypsum. Free and mobile calcium ions are thus removed from the drilling mud by precipitation of
carbonate de calcium.calcium carbonate.
Ce traitement a l'inconvénient d'être provisoire, car le calcium en réserve dans le ciment ou dans le gypse passe en solution au fur et à This treatment has the disadvantage of being temporary, since the calcium stored in the cement or in the gypsum goes into solution as and when
mesure de la précipitation de carbonate de calcium. measurement of the precipitation of calcium carbonate.
Pour maintenir des caractéristiques rhéologiques convenables, une surveillance constante de la boue et une addition permanente de bicarbonate ou de carbonate de sodium sont nécessaires au cours des travaux. De plus, le traitement de la boue au carbonate ou au bicarbonate de sodium est parfois suivi d'un épaississement et d'une rigidification To maintain suitable rheological characteristics, constant monitoring of the mud and permanent addition of bicarbonate or sodium carbonate are necessary during the works. In addition, the treatment of the mud with sodium carbonate or bicarbonate is sometimes followed by thickening and stiffening.
indésirables de la boue due à une pollution par l'ion carbonate. unwanted mud due to carbonate ion pollution.
Un traitement complémentaire au polyacrylate de sodium, qui est Complementary treatment with sodium polyacrylate, which is
un dispersant-fluidifiant, est alors nécessaire. a dispersing-fluidizing agent is then necessary.
La Demanderesse a trouvé, de manière inattendue, que l'incorporation de composés de type phosphonate dans les bentonites pour boues de forage permet de résoudre ces inconvénients. En particulier, cette incorporation permet: - le blocage des ions calcium libres sous forme de complexes solubles et stables; - la conservation ou la restitution de la fluidité initiale de la boue The Applicant has found, unexpectedly, that the incorporation of phosphonate-type compounds in bentonites for drilling mud makes it possible to resolve these drawbacks. In particular, this incorporation allows: - blocking of free calcium ions in the form of soluble and stable complexes; - the conservation or the restitution of the initial fluidity of the mud
les phosphonates ont également, sur la boue, un effet dispersant- phosphonates also have a dispersing effect on mud-
fluidifiant. Ainsi, selon un premier aspect, I'invention concerne une boue de forage à base de bentonite, qui comprend un composé de type phosphonate. Les bentonites pour boues de forage qu'il est possible d'utiliser 0o dans le cadre de l'invention comprennent toutes les bentonites thinner. Thus, according to a first aspect, the invention relates to a bentonite-based drilling mud, which comprises a compound of phosphonate type. Bentonites for drilling mud which it is possible to use 0o within the framework of the invention include all bentonites
couramment employées dans ce domaine. commonly used in this field.
Les composés de type phosphonate à incorporer dans les boues de forage de l'invention répondent à la formule générale R2OA 12 1 The phosphonate type compounds to be incorporated in the drilling muds of the invention correspond to the general formula R2OA 12 1
R1 C- P=-OR1 C- P = -O
I I R3 OA dans laquelle: - R1, R2 et R3, indépendamment les uns des autres, représentent l'hydrogène; un hydroxy; un (C1-C8)alkyle éventuellement substitué par un groupe -NR4R5 ou par un phényle; un phényle; ou un groupe phosphono; - R2 et R3 peuvent également former, avec l'atome de carbone auquel ils sont liés, un phényle; - R4 et R5, indépendamment l'un de l'autre, représentent l'hydrogène; ou un (C1C8)alkyle éventuellement substitué par un amino; - chaque A représente indépendamment l'hydrogène; un atome de I I R3 OA in which: - R1, R2 and R3, independently of each other, represent hydrogen; hydroxy; a (C1-C8) alkyl optionally substituted by a group -NR4R5 or by a phenyl; phenyl; or a phosphono group; - R2 and R3 can also form, with the carbon atom to which they are linked, a phenyl; - R4 and R5, independently of one another, represent hydrogen; or a (C1C8) alkyl optionally substituted by an amino; each A independently represents hydrogen; an atom of
sodium; ou un atome de potassium.sodium; or a potassium atom.
A titre d'exemple de composés de type phosphonate avantageux pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut citer notamment les sels de sodium ou de potassium des acides suivants: - acide hydroxyéthylidène-1,1-diphosphonique - acide aminotriméthylènephosphonique - acide éthylènediaminetétraméthylènephosphonique - acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique - acide hexaméthylènediaminetétraméthylènephosphonique - acide octylphénylphosphonique De préférence, on utilise de 0,2 à 10 parties en poids de composé By way of example of compounds of phosphonate type advantageous for the implementation of the invention, there may be mentioned in particular the sodium or potassium salts of the following acids: - hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid - aminotrimethylenephosphonic acid - acid ethylenediaminetetramethylenephosphonic acid - diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid - hexamethylenediaminetetramethylenephosphonic acid - octylphenylphosphonic acid Preferably, 0.2 to 10 parts by weight of compound are used
de type phosphonate pour 100 parties en poids de bentonite. phosphonate type per 100 parts by weight of bentonite.
Les boues de forage selon l'invention peuvent également contenir des additifs couramment utilisés dans ce domaine, comme par exemple du (bi)carbonate de sodium, à raison de 2 à 10 parties en poids d'additif The drilling muds according to the invention can also contain additives commonly used in this field, such as for example sodium (bi) carbonate, in a proportion of 2 to 10 parts by weight of additive.
pour 100 parties en poids de bentonite. per 100 parts by weight of bentonite.
La boue de forage conforme à l'invention peut être préparée en io mélangeant la bentonite et le composé de type phosphonate en présence d'eau. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la bentonite en poudre est prémélangée avec le composé de type phosphonate en poudre. On prépare alors la boue de forage à l'aide du mélange The drilling mud according to the invention can be prepared by mixing the bentonite and the phosphonate compound in the presence of water. According to a particular embodiment of the invention, the powdered bentonite is premixed with the powdered phosphonate type compound. The drilling mud is then prepared using the mixture
pulvérulent et d'eau.powder and water.
L'invention concerne également un procédé de forage dans lequel The invention also relates to a drilling method in which
on met en oeuvre la boue de forage telle que définie précédemment. drilling mud is used as defined above.
Les boues de forage selon l'invention possèdent des avantages essentiels par rapport aux boues conventionnelles: - elles permettent un traitement durable, - elles sont aussi efficaces en traitement préventif que curatif, - elles permettent de remplacer deux produits par un seul, The drilling muds according to the invention have essential advantages compared to conventional muds: - they allow a durable treatment, - they are as effective in preventive treatment as curative, - they allow to replace two products by only one,
- elles ont une durée de vie considérablement allongée. - they have a considerably extended lifespan.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples ci-après, The invention will be better understood using the examples below,
donnés à titre purement illustratif. given for illustrative purposes only.
EXEMPLESEXAMPLES
Exemple 1: Utilisation de phosphonates en traitement préventif On prépare la boue de forage ayant la composition suivante: Eau 1000 litres Bentonite sodique 45 kg Phosphonate* 3 litres (soit 2,3 kg pour 100 kg de bentonite) * Solution d'acide hexaméthylenediaminetétraméthylènephosphonique, Example 1: Use of phosphonates in preventive treatment The drilling mud is prepared having the following composition: Water 1000 liters sodium bentonite 45 kg Phosphonate * 3 liters (i.e. 2.3 kg per 100 kg of bentonite) * Hexamethylenediaminetetramethylenephosphonic acid solution,
sel de potassium à 28 % (densité 1,24). 28% potassium salt (density 1.24).
La boue ainsi traitée préventivement garde ses caractéristiques The sludge thus treated preventively retains its characteristics
rhéologiques au contact du ciment.rheological in contact with cement.
Exemple 2: Utilisation de phosphonates en traitement curatif Example 2: Use of phosphonates in curative treatment
Soit une boue de forage dosée à 50 kg de bentonite par m3 d'eau. Or a drilling mud dosed at 50 kg of bentonite per m3 of water.
Après la perforation des panneaux secondaires d'une paroi moulée, le calcium solubilisé du béton des panneaux primaires a entraîné une dégradation des propriétés rhéologiques de la boue. A savoir: Filtrat 82 ml Cake 7 mm Viscosité MARSH > 120 s io Après traitement de la boue avec une solution d'acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique, sel de sodium (densité 1, 33), à raison de 2 litres par m3 (soit 1 kg de phosphonate pour 100 kg de bentonite), les caractéristiques sont redevenues normales: Filtrat 22 ml Cake 0,5 mm Viscosité MARSH 36 s Exemple 3: Traitement préventif de la bentonite sous forme de poudre On mélange 6 parties en poids d'acide diéthylènetriaminepentaméthylènephosphonique, sel de sodium avec 100 After the perforation of the secondary panels of a diaphragm wall, the dissolved calcium in the concrete of the primary panels led to a degradation of the rheological properties of the mud. Good to know: Filtrate 82 ml Cake 7 mm Viscosity MARSH> 120 s io After treatment of the mud with a solution of diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid, sodium salt (density 1.33), at the rate of 2 liters per m3 (i.e. 1 kg of phosphonate per 100 kg of bentonite), the characteristics have returned to normal: Filtrate 22 ml Cake 0.5 mm Viscosity MARSH 36 s Example 3: Preventive treatment of bentonite in powder form 6 parts by weight of diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid, salt sodium with 100
parties en poids de bentonite en poudre. parts by weight of bentonite powder.
Le mélange ainsi réalisé est utilisé pour fabriquer une boue de The mixture thus produced is used to make a slurry of
forage dosée à 40 kg de mélange par m3 d'eau. drilling dosed at 40 kg of mixture per m3 of water.
Les caractéristiques de la boue ne subissent aucune modification après addition de 5 kg/m3 de ciment Portland alors que la même boue non The characteristics of the mud do not undergo any modification after the addition of 5 kg / m3 of Portland cement while the same mud does not
traitée a toutes ses caractéristiques dégradées. treated has all of its degraded characteristics.
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